Физика и жизнь

Над Антарктикой собираются толстые снежные облака. В каждом таком облаке миллиарды отдельных молекул воды существуют в виде газа, колеблясь рядом с молекулами кислорода и азота. Но по мере охлаждения облака они отдают свою энергию и замедляют движение. Когда самые медленные молекулы воды ударяются о зарождающийся кристалл льда, они прикрепляются к нему, причем каждая занимает фиксированное место в кристаллической решетке льда. Когда такая снежинка порхает вверх и вниз внутри облака, молекулы на всех шести гранях исходного кристалла оказываются в одинаковых условиях и одинаково прикрепляются. Молекула за молекулой формируется симметричный кристалл снега. После нескольких часов медленного роста он становится достаточно большим для того, чтобы преобладающее воздействие на него оказывала сила тяжести: и он срывается с нижней стороны облака. Внизу на тысячи километров расстилаются антарктические льды – крупнейшая агломерация льда на Земле, – толщина которых достигает 4,8 километра. Их вес настолько велик, что под ним проседает весь континент. Но каждая молекула этого бескрайнего белого простора упала на него в виде снежинок, которые накапливались в течение очень долгого времени. Часть воды намерзала на протяжении миллиона лет. В течение всего этого времени молекулы непрерывно колебались относительно своих фиксированных положений в кристаллической решетке, но никогда их колебания не были достаточно быстрыми для того, чтобы лед снова стал жидкостью. Напротив, температура молекул, извергающихся в виде лавы из вулканов на Гавайских островах, опускается ниже 600 ℃ впервые со времени образования Земли, которое произошло 4,5 миллиарда лет тому назад.

Основной источник тепла на поверхности Земли – энергия солнечного света. Когда она прогревает скалы, океан или атмосферу или запускает процесс выработки сахара в листьях растений, возникает дисбаланс в распределении энергии. И пока он существует, всегда есть вероятность изменений. Энергия движения падающего дождя способна разрушать горы (все знают пословицу «вода камень точит»). Переизбыток тепловой энергии на экваторе стимулирует возникновение тропических ураганов, вырывающих с корнем пальмы, вздымающих гигантские волны и обрушивающих их на берег. Энергия, запасаемая в растениях, понадобится при формировании ветвей, листьев, плодов и семян и в конце концов исчерпает свою полезность в качестве низкоуровневого тепла. Останутся лишь семена – совокупность генетической информации, предназначенной для возобновления жизненного цикла за счет поступления новой энергии солнечного света. Жизнь на Земле поддерживается за счет постоянного притока энергии солнечного света, нарушающего баланс и не позволяющего планете скатиться в вечное, неизменное равновесие. Оттуда, со стокилометровой высоты, не разглядеть множества мелких подробностей, но зато видна общая картина: потоки энергии, направляющиеся от Солнца к Земле, проникающие сквозь атмосферу в толщу океана и возвращающиеся обратно в космос в виде тепла, излучаемого нашей планетой. Количество энергии, принимаемой на себя Землей, равно количеству энергии, возвращаемой ею в космос. Но Земля – гигантская дамба на пути потока энергии, – запасает и использует этот бесценный ресурс всевозможными способами, прежде чем вернет его в космос.